Síntesis Económica y Rendimiento Catalítico y Antimicrobiano Comparativo de Nanocompuestos de Seleniuros/Telururos de Nb y Ta

Resumen

Este estudio comparativo presenta un método económico y accesible para sintetizar seleniuro y telururo de niobio (Nb) y tantalio (Ta) con aplicaciones útiles en eliminación de contaminantes en industrias textil, papelera y tinturera, así como en campo médico. Se usó proceso de estado sólido para generar nanocompuestos y diversas técnicas de caracterización para comparar dos grupos de materiales. Estructura, morfología, constitución elemental y grupos funcionales se analizaron con DRX, MEBE acoplado a EDS, FTIR y espectroscopía Raman. Imágenes HR-TEM mostraron partículas nano con estructuras cristalinas tetragonal y monoclínica. Propiedades ópticas se evaluaron en longitud de onda de corte y banda prohibida óptica mediante espectroscopía UV-Vis. Se evaluó comportamiento comparativo de ambos grupos respecto a propiedades catalíticas y microbicidas. Los nanocompuestos como catalizadores, aunque isomorfos, mostraron comportamiento marcadamente diferente en degradación catalítica de colorante MB con NaBH₄ como agente reductor. Esta desviación peculiar podría atribuirse a ligeras diferencias estructurales. Escherichia coli y Staphylococcus aureus (bacterias G- y G+) se usaron como cepas modelo para pruebas antibacterianas in vitro por método de difusión en disco. Se observó eficacia antibacteriana superior para sistema telururo (zonas inhibición significativas 26–35 mm) frente a seleniuro (diámetro zona inhibición 0.8–1.9 mm). Además, estudio de anclaje molecular determinó patrón de interacción de unión entre NPs y sitios activos en proteína celular objetivo. Hallazgos coincidieron con pruebas antimicrobianas sugiriendo NbTe₄ como mejor inhibidor contra enzimas FabH y FabI.

Introducción

Los calcogenuros de metales de transición TMCs (M = Ti, V, Nb, Ta, Mo, W, etc.; C = S, Se, Te) son materiales muy prometedores para sectores industriales como electrónica, conversión y almacenamiento de energía, fotovoltaico, termoeléctrico y catálisis, debido a sus propiedades ópticas, eléctricas y electroquímicas deseables. Recientemente, seleniuro y telururo dopados con Nb y Ta han recibido atención significativa por potencial uso en semiconductores, conversión IR a visible, sensores de gas, diodos láser, diagnóstico médico, dispositivos fotodetección, fotocatálisis, superconductores, y aislantes o semimetales topológicos. Generalmente, TMCs existen como MC₂, MC₃, MC₄ donde M es metal de transición y C = S, Se, Te. Los seleniuro y telururo inferiores MC₂ tienen estructura 2D altamente estratificada con átomo metal en sitios octaédricos entre capas. Materiales 2D incluyendo dicacogenuros de metales transición, grafeno (primer material 2D 2004), fósforo negro, nitruro boro hexagonal se han explorado extensamente por propiedades electrónicas, estructurales, ópticas y magnéticas únicas. Por otro lado, MC₃ y MC₄ son estructuras aparentemente no estratificadas que cristalizan en configuraciones cuasi-1D con cadenas infinitas de MC. Aunque fórmulas químicas parecen similares, estructuralmente son ligeramente diferentes. Estas diferencias estructurales originan variaciones en propiedades de transporte eléctrico. Una característica importante de telururos que los distingue de sulfuros y seleniuros es el gran número atómico de Te. El carácter difusivo de orbitales de valencia de Te y su naturaleza más covalente resultan en fuerte acoplamiento espín-órbita (SO). Actualmente, materiales con fuerte acoplamiento SO son de gran interés en física de materia condensada. En este sentido, superconductividad en telururos cuasi-1D de baja dimensionalidad (NbTe₄) con gran número atómico está bajo investigación. Para satisfacer demanda creciente de seleniuro y telururo nanoestructurados de TM, se han adoptado varios enfoques: sol-gel, electrohilado, proceso adjunto orientado, deposición química vapor, síntesis base orgánica alta temperatura, método dirigido por plantilla, reacción hidrotérmica/solvotérmica.

La contaminación ambiental sustancial por toxicidad de colorantes y pigmentos orgánicos descargados como efluentes sigue siendo mayor riesgo sanitario global. No es factible eliminar estos residuos no biodegradables mediante métodos convencionales de tratamiento de agua debido a estructuras aromáticas complejas, hidrofilicidad y estabilidad frente a luz, químicos y temperatura. Por tanto, desarrollo de técnicas de degradación efectivas, convenientes y económicas ha recibido atención primordial. Hasta la fecha, diversas prácticas basadas en métodos físicos, biológicos y químicos se han adoptado para tratar aguas residuales con colorantes. Estos métodos carecen utilidad práctica por alto costo capital, baja eficiencia, lentitud y alta entrada energética. Por el contrario, proceso de reducción catalítica es opción preferida por ser relativamente rápido, económico y tratamiento a baja temperatura. En este sentido, varios TMCs como VSe₂ (fotocatalizador y supercondensador), WTe₃ dopado Yb (láser ultra-corto y amplificador), TaSe₃ (superconductor), TaS y NbSe₃ (semiconductores) se han reportado. Es pertinente señalar que se ha prestado mucha menos atención al estudio de reducción catalítica de azul metileno (MB) con NaBH₄ usando compuestos aquí estudiados.

En campo biomédico, propiedades antimicrobianas de compuestos metálicos se han reconocido y usado para innovaciones extraordinarias en medicina. Entre metales transición, compuestos Ta se reportan como buenos agentes antimicrobianos por ser inertes, no tóxicos y biocompatibles. Mientras, investigaciones sobre compuestos Nb como agentes biocidas son limitadas.

En vista de lo anterior, sintetizamos seleniuro y telururo de metales transición (Nb, Ta) y realizamos estudio comparativo evaluando propiedades catalíticas y antimicrobianas. Según nuestro conocimiento, tal investigación comparativa no se ha reportado. Técnica de estado sólido se usó para sintetizar seleniuro (TaSe₃, Nb₂Se₃) y telururo (TaTe₄, NbTe₄) y productos aislados caracterizados mediante análisis elemental, FTIR, Raman, EDS, MEBE, HRTEM, y espectroscopía UV-Vis. Además, estudio de anclaje molecular evaluó patrón de interacción de NPs con proteínas celulares de cepas bacterianas aisladas localmente incluyendo E. coli y S. aureus. El objetivo fue evaluar comportamiento comparativo de telururos y seleniuros de metales transición respecto a rendimiento catalítico, microbicida y anclaje molecular.

Métodos

El estudio actual evaluó comportamiento comparativo de telururos y seleniuros de metales transición para investigar propiedades catalíticas, microbicidas y análisis de anclaje molecular.

Reactivos

Pentacloruro niobio NbCl₅ (99 %), pentacloruro tantalio TaCl₅ (99.8 %), dióxido selenio SeO₂ (≥99.9 %), dióxido telurio TeO₂ (≥99 %), azul metileno (MB), borohidruro sodio NaBH₄, ácido nítrico HNO₃ (65 %) de Sigma-Aldrich. Ácido clorhídrico HCl (37 %) de Riedel-de Haen. Agua regia para lavar vidrio seguido de enjuague doble con agua bidestilada. Agar nutriente de Merck. Cultivos puros cepas bacterianas del Depto. Zoología, G.C. University, Lahore. No purificación adicional previa al uso.

Síntesis de Seleniuros y Telururos de Metales Transición

Dos grupos: telururos (TaTe₄, NbTe₄) y seleniuros (TaSe₃, Nb₂Se₃) de metales transición (Ta y Nb) se sintetizaron vía técnica estándar estado sólido (Fig. 1). Precursor cloruros metálicos (TaCl₅, pf: 216 °C y NbCl₅, pf: 204.7 °C) se mezclaron y molieron con óxidos calcógenos (TeO₂, pf: 732 °C y SeO₂, pf: 340 °C) 15 min para mejorar área contacto y homogeneidad. Mezcla resultante se fundió en horno mufla a 550 °C 48 h. Inicialmente, temperatura subió a 50 °C/h. Luego, enfriamiento a 10 °C/h a temperatura ambiente y productos extraídos. Cloro en precursor cloruro metálico oxida a alta temperatura, como muestra posible mecanismo [45].

Diagrama esquemático síntesis de seleniuro y telururo metálicos.

Catálisis

Potencial catalítico de nanocompuesto sintetizado se evaluó midiendo tasa reducción azul metileno-MB con NaBH₄. MB es colorante catiónico, usado en laboratorios como indicador redox. 1 mM solución MB diluida con agua desionizada seguido adición 400 μL NaBH₄ recién preparado (100 mM). Luego, compuestos sintetizados incorporados y agitados 5 min. Decoloración muestra conversión MB a azul metileno leuco (LMB) con NaBH₄ (ec. 2). Reacción monitorizada espectrofotométricamente, absorbancia a 665 nm registrada intervalos regulares a 25 °C rango 250–750 nm.

Actividad Antimicrobiana

Acción bactericida de material sintetizado se estudió mediante ensayo difusión en disco contra gram-positivo (G+) Staphylococcus aureus y gram-negativo (G-) Escherichia coli usando papel filtro Whatman como disco en condiciones asépticas. Cultivos bacterianos 1×10⁷ UFC/mL extendidos en placas agar nutriente mientras concentraciones varias (0.25, 0.5, 1 mg/mL) usadas para comprobar susceptibilidad nanocompuestos vs agua desionizada (AD) control negativo. Placas incubadas aeróbicamente overnight 37 °C y zonas inhibición medidas con escala mm (software ImageJ). Reproducibilidad y fiabilidad aseguradas repitiendo experimento triplicado.

Caracterización Materiales

Información estructura y fases cristalinas productos sintetizados obtenida con difractómetro rayos X (PANalytical X'Pert PRO) 40 kV, 30 mA, radiación Cu-Kα (λ=1.540 Å) 2θ 20–80° a 0.02°/s. Software Philips X'Pert HighScore Plus para ajuste curvas e integración. Propiedades morfológicas y composición elemental via MEBE (JSM-6460LV) con espectrómetro EDS. Espaciado inter-capas evaluado con HRTEM Philips (CM30) y JEOL (JEM 2100F). Características ópticas determinadas UV-Vis (GENESYS 10S) 120–1100 nm. FTIR detectó grupos funcionales (Perkin Elmer, 4000–400 cm⁻¹). Experimentos dispersión Raman en muestras pulverizadas con espectrómetro Raman láser diodo 532 nm.

Estudio Anclaje Molecular

Estudio anclaje molecular de telururos y seleniuros sintetizados para entender mecanismo subyacente actividad bactericida. Se dirigieron proteínas cruciales para supervivencia y crecimiento bacteriano. Múltiples blancos proteicos de diversas vías biosintéticas seleccionados: β-lactamasa, reductasa dihidrofolato, reductasa enoil-[proteína transportadora acilo] (FabI), y sintasa III beta-cetoacil-proteína transportadora acilo (FabH). β-lactamasa y reductasa dihidrofolato papel pivotal en biosíntesis pared celular y ácido fólico, necesarios para supervivencia. FabH y FabI catalizan pasos clave vía biosíntesis ácidos grasos bacterianos.

Estructuras cristalográficas alta calidad proteínas blanco E. coli y S. aureus con buena resolución recuperadas Banco Datos Proteínas (Fig. 2). Proteínas PDB ID: 3Q81; Resolución: 2.1 Å, 1RD7; 2.6 Å, 4D41; 2.3 Å, 5BNR; 1.9 Å seleccionadas para entender interacciones moleculares entre nanopartículas y residuos bolsillo activo.

Estructura 3D proteínas blanco. a β-lactamasa (PDB: 3Q81; S. aureus). b FabI (PDB: 4D41; S. aureus). c FabH (PDB: 5BNR; E. coli). d DHFR (PDB: 1RD7; E. coli).

Software ICM v3.8-4a o superior (Molsoft L.L.C., La Jolla, CA) usado para anclaje molecular. Herramienta preparación receptor ICM Molsoft empleada para preparación estructura proteica: eliminación moléculas agua y ligando co-cristalizado. Además, minimización energía y optimización estructuras proteicas con parámetros default y campo fuerza. Luego, bolsillo unión especificado usando caja rejilla y 10 mejores conformaciones ancladas generadas para examinar patrón interacción nanopartículas con residuos sitio activo.

Estructuras reportadas telururos y seleniuros recuperadas PubChem formato .cif y usadas para preparación estructuras Ta-dopado, Nb-dopado telururos y seleniuros usando software Gaussian 09 y herramienta preparación ligando ICM Molsoft.

Resultados y Discusión

Fig. 3a muestra patrones DRX compuestos preparados tras recocido 550 °C. Picos característicos todas muestras coinciden con base datos JCPDS. Grupo telururo: estructuras tetragonales TaTe₄ (♦) en C1 (Brandon y Lessard 1983) y NbTe₄ (♥) en C2 (JCPDS 77-2283) fases principales. Picos difracción comunes (marcados α) a 21.8° (101), 26.1° (110), 28.6° (111), 29.8° (102), 48.4° (212), 55.1° (114), 62.2° (302), 75.1° (322), 77.7° (106) indizados a estructura tetragonal no reaccionada TeO₂ (pf: 732 °C) (JCPDS 78-1713). Grupo seleniuro: C3 y C4, fases monoclínicas TaSe₃ (♠) JCPDS 18-1310 y Nb₂Se₃ (*) JCPDS 01-089-2335 detectadas y asignadas planos hkl. Además, óxidos metales transición formados en muestras preparadas. En C3 picos (β) 2θ=22.8° y 28.4° correspondientes planos (001) y (1110) atribuidos fase ortorrómbica Ta₂O₅ (JCPDS 025-0922). Picos C4 en 23.7 (110), 27.2 (−213), 36.7 (115), 50.1 (308) atribuidos Nb₂O₅ monoclínico (γ) (JCPDS 37-1468). Tamaño cristalito promedio C1, C2, C3, C4 NPs (22.2, 22.16, 26.7, 10.04 nm) calculado usando FWHM según fórmula Debye-Scherrer. Confirmación adicional textura cristalina NPs crecidos lograda usando patrones difracción electrónica área seleccionada (SAED) HR-TEM. Ambas técnicas SAED y DRX son análogas; SAED difiere solo usando haz electrones en lugar rayos X monocromáticos. DRX técnica principal identificación estructura cristalina pero apenas usable para muestras nanocristalinas heterogéneas. Detecta solo distribución densidad electrónica por interacción débil rayos X con electrones, mientras HRTEM haz electrones interactúa fuerte con campos eléctrico y nuclear, dando estructura cristalina altamente magnificada vs DRX. Fig. 3b-e muestra patrones SAED muestras correspondientes con anillos concéntricos indizados reflexiones hkl consistentes con DRX. Puntos reflexión brillantes en varios anillos concéntricos SAED (b y c) indican nanocompuestos cristalinos; reflexión débil entre anillos brillantes revela compuesto amorfo. Ausencia puntos brillantes anillos SAED (d) y pocos puntos (e) muestran naturaleza amorfa y ligeramente cristalina, respectivamente. Para mayor insight estructura cristalina, HRTEM C1 y C2 realizado, resultados Fig. 3f, g. Franjas reticulares claras HRTEM indican alta cristalinidad NPs con d-espaciado ~0.315 y 0.347 nm correspondientes distancia interplanar plano (111) TeO₂ tetragonal (JCPDS 78-1713) y plano (002) NbTe₄ tetragonal (JCPDS 77-2283).

a Patrones DRX. b-e Imágenes SAED C1, C2, C3, C4 (550 °C) 48 h. f-g Micrografías HRTEM nanocristales (C1 y C2) mostrando espaciado franjas reticulares.

Imágenes representativas MEBE y HRTEM productos finales tras recocido 550 °C 48 h, Fig. 4 para elaborar morfología superficie y estructura cristalina NPs. Micrografías MEBE grupo telururo (a y b) poseen microcristales laminares C1; partículas irregulares no uniformes con tendencia agregar diámetro promedio 22 nm en C2. MEBE grupo seleniuro (c y d) indican estructuras disco/placa dispersas superficie plana (C3) y aglomeración partículas en C4 con tamaño NPs 10–27 nm. Estas estructuras más evidentes con HRTEM mayor aumento (Fig. 4e-h) e inserciones (esq. sup. izq. 50 nm) confirman formación NPs.

a-d MEBE escala micrómetro. e-h Micrografías HRTEM bajo aumento C1, C2, C3, C4 NPs con inserción alto aumento.

Espectroscopía rayos X dispersiva energía (EDS) usada para determinar composición elemental nanocompuestos sintetizados. Espectros EDS (Fig. 5) confirmaron presencia todos elementos constituyentes (Ta, Nb, Te, Se, O) en muestras respectivas. Muestras preparadas poseen 16.0 %peso Ta y 65.6 %peso Te en C1 y 15 %peso Nb y 66.3 %peso Te en C2, consistentes con razones atómicas relativas (~1:4) en TaTe₄ y NbTe₄. Señales carbono y cobre surgen muestras recubiertas carbono y rejillas Cu para MEBE. No otros picos o elementos contaminantes observados, asegurando pureza productos formados por síntesis estado sólido.

Espectros EDS C1, C2, C3, C4.

Naturaleza enlace químico y grupos funcionales compuestos C1, C2, C3, C4 elucidados mediante FTIR 400–4000 cm⁻¹ (Fig. 6a). Bandas transmisión significativas 3432 y 1627 cm⁻¹ asociadas frecuencia estiramiento grupo O-H. Espectros telururos C1, C2: picos intensos 658 cm⁻¹ corresponden vibraciones estiramiento enlaces Te-O en unidades TeO₄ bipiramidal trigonal (tbp); banda vibracional 776 cm⁻¹ revela enlace Ta-O-Ta en C1 y unidad NbO₄ tetraédrica en C2. Espectros seleniuros C3, C4 indican enlaces Se-O por modos vibracionales estiramiento cerca 700 cm⁻¹. Picos transmitidos región 700–900 cm⁻¹ asignados enlace óxido metal: Ta-O-Ta en C3 y Nb-O en C4. Espectroscopía Raman 50–1050 cm⁻¹ para revelar unidades estructurales compuestos (Fig. 6b). Dispersión Raman telururos (C1, C2) en tres regiones: 100–250, 350–450, 550–850 cm⁻¹. Primera región 100–250 cm⁻¹: estiramiento Ta-O en C1, flexión vibracional enlace Nb-O-Nb y octaedro Nb₂O₅ en C2. Pico prometedor segunda región 350–450 cm⁻¹: estiramiento simétrico enlaces Te-O-Te. Tercera sección banda ancha 550–850 cm⁻¹: modos Raman terminales Ta-O, vibraciones estiramiento Te-O/Nb-O, modos octaédricos TaO₆/Nb₂O₅ en C1, C2. Seleniuros C3, C4 (amorfos o baja cristalinidad per DRX y HRTEM) desplazamientos Raman solo 580–780 cm⁻¹: presencia Ta₂O₅ en C3 y estiramiento Nb-O en C4 además vibraciones puente Se-O terminal. Dispersión Raman y modos vibracionales correlacionan relación estructural derivada datos DRX.

a Espectros FTIR. b Espectros Raman C1, C2, C3, C4.

Medidas ópticas y propiedades estructurales adicionales muestras C1, C2, C3, C4 en rango 285–400 nm con UV-Vis (GENESYS 10S). Fig. 7a ilustra curvas absorción trazadas absorbancia vs longitud onda (nm). Todas muestras mostraron absorbancia zona UV 250–350 nm. Banda absorción intensa observada inmediatamente debajo borde absorción cerca 292 nm tanto telururos como seleniuros por transiciones electrónicas iones Ta⁺⁵, Nb⁺⁵ y/o par solitario electrones átomos Te/Se. Longitud onda corte absorción tomada donde comienza aumento brusco absorción óptica, usada evaluar banda prohibida óptica compuestos. Energías banda prohibida directa (Eg) estimadas trazando (αhυ)² eje y y hυ eje x extrapolando ajustes lineales a eje x (Fig. 7b). Valores intersección eje x (3.99, 3.91, 3.87, 3.82 eV) corresponden band gaps estimados C1, C2, C3, C4, indicando NPs materiales banda prohibida ancha.

a Espectros UV-Vis. b Banda prohibida C1, C2, C3, C4.

Fig. 8a-e ilustra degradación catalítica metileno azul con NaBH₄ y nanocompuestos examinado espectrofotométricamente. Tasa degradación colorante con borohidruro sodio Fig. 8a, eficiencia catalítica TaTe₄ (C1), NbTe₄ (C2), TaSe₃ (C3), Nb₂Se₃ (C4) en Fig. 8b-e. Actividad catalítica significativa C2 y C3, resultando disminución sucesiva concentración metileno azul. Tomó solo 3–5 min conversión MB a leucometileno azul (Fig. 8c, d). Rendimiento catalítico despreciable C1 y C4 (Fig. 8b, e). Baja eficiencia podría explicarse por ligeras diferencias estructurales en cuasi-arreglo dimensional cadenas MC a pesar configuraciones químicas isomorfas. Curvas degradación colorante nanocompuestos Fig. 8f. Curvas C2 y C3 representan caída pronunciada, otras muestran ligera diferencia curva MB estándar, demostrando C2 y C3 mayor potencial catalítico. % Degradación = 100 − (C_t × 100/C_o) donde absorbancia inicial MB = C_o y absorbancia tiempo t = C_t. Potencial degradación significativo C2 (19.9 %/min) y C3 (33 %/min); actividad despreciable restantes (Fig. 8g). Reacción pseudo-primer orden usada estimar eficiencia catalítica cuantitativamente. Expresión ln[C_o/C_t] = kt. C_o concentración inicial colorante, k constante velocidad. Fig. 8h ilustra constantes velocidad de curva absorbancia: 1.0325/min, 0.776/min, 0.086/min, 0.0803/min para C3, C2, C4, C1. C3, alta constante velocidad, exhibe competencia catalítica significativa degradación MB. C2 también alta eficiencia; restantes no efectivos nanocatalizadores.

Espectros UV-Vis tiempo-dependientes reducción MB. a MB con NaBH₄. b MB con NaBH₄ + C1. c MB con NaBH₄ + C2. d MB con NaBH₄ + C3. e MB con NaBH₄ + C4.

Ensayo difusión disco agar usado evaluar sensibilidad antibacteriana telururos (C1, C2) y seleniuros (C3, C4) Nb y Ta. Zonas inhibición registradas contra E. coli y S. aureus Tabla 1. Actividad antibacteriana grupo telurito mayor que C3, C4 (Fig. 9); zona inhibición máxima C2 concentración 1 mg/mL E. coli (35 mm) y S. aureus (32 mm). C1 también inhibición máxima concentración D4: 28 y 29.5 mm E. coli y S. aureus. Concentraciones D2, D3 menor actividad que D4; tendencia efecto citotóxico dependiente dosis. Proporcionalidad directa entre efecto sinérgico y concentraciones NPs y zonas inhibición (mm). Gráfico representa actividad bactericida despreciable C3 (TaSe₃) y C4 (Nb₂Se₃) por presencia selenio (Se), micronutriente esencial que mejora crecimiento bacteriano y disminuye potencial antibacteriano. Disminución marcada crecimiento bacteriano teluritos con aumento concentración NPs atribuida a formación especies reactivas oxígeno (ROS) causan estrés oxidativo por reacción redox iones metálicos, inhibe crecimiento enzimas particulares y destruye ADN bacteriano llevando muerte bacteriana. Carga global compuestos cosechados positiva mientras pared celular bacteriana aniónica. Posible mecanismo: interacción catiónica iones metálicos disfuncionaliza ribosomas y enzimas bacterianas, colapso micro-patógenos.

Ensayo difusión disco y evaluación cualitativa antibacteriana C1, C2, C3, C4 contra (a) Escherichia coli y (b) Staphylococcus aureus.

Para entender eventos moleculares y atómicos subyacentes eficacia antimicrobiana NPs, importante evaluar interacción unión con posibles blancos proteicos. Blancos enzimáticos seleccionados pertenecen vías biosintéticas cruciales supervivencia y crecimiento bacteriano. Anclaje molecular evaluó patrón interacción unión telururo y seleniuro dopados metal con múltiples blancos enzimáticos E. coli y S. aureus. Mejores complejos anclados obtenidos para telururo dopado niobio (NbTe₄) (Fig. 10) con reductasa enoil-[proteína transportadora acilo] (FabI) y sintasa III beta-cetoacil-proteína transportadora acilo (FabH) S. aureus y E. coli respectivamente.

Estructura niobio-dopado telururo (NbTe₄) vista 2D y 3D.

Puntuación anclaje mejor configuración NbTe₄ con sintasa III beta-cetoacil-proteína transportadora acilo (FabH) E. coli fue −4.361 kcal/mol. NPs NbTe₄ formaron interacciones H-enlace con Ala246 e Ile156 distancia 1.4 Å y 1.5 Å (Fig. 11). Reductasa enoil-[proteína transportadora acilo] (FabI) otra enzima importante vía biosíntesis ácidos grasos, su inhibición lleva muerte bacteriana. Puntuación unión −3.829 kcal/mol anclaje NPs NbTe₄ en bolsillo activo FabI atribuido a H-enlace con Met12 y contacto metal con Gly13 (Fig. 12).

Patrón interacción unión NPs NbTe₄ con residuos sitio activo sintasa III beta-cetoacil-proteína transportadora acilo (FabH) E. coli.

Patrón interacción unión NPs NbTe₄ con residuos sitio activo reductasa enoil-[proteína transportadora acilo] (FabI) S. aureus.

Hallazgos in silico concuerdan con actividad antimicrobiana donde NPs NbTe₄ mostraron mayores zonas inhibición sugiriendo inhibidor potencial contra enzimas FabH y FabI vía biosíntesis ácidos grasos. Importante abordar preocupaciones sobre posible efecto tóxico NPs en humanos y animales. En humanos, no efectos tóxicos niobio reportados; en animales, mayor toxicidad vs tantalio y otros elementos raros probados. Efecto inhibitorio niobio sobre enzima hepática ratón succinato deshidrogenasa notado primero por Horecker et al. y luego investigado por Cochran y asociados quienes atribuyeron toxicidad niobio a interferencia reacciones enzimáticas activadas por metal. Bioquímica telurio perspectiva toxicología humana/animal revisada menor que selenio. Aunque telurio y selenio muestran similitudes químicas, papel nutricional telurio nunca reportado. Concentraciones mínimas Te inducen toxicidad crónica y aguda varios organismos. En ambiente biológico, Te comporta diferente: menos soluble pH fisiológico y oxida fácilmente a telurito (TeO₃²⁻), telurato (TeO₄²⁻) o TeO₂ vs Se. Dióxido telurio insoluble agua pH biótico y producto reducido telurio H₂Te se descompone fácilmente luz y aire vs H₂Se. Estas características hacen telurio menos biotóxico que selenio. Similar a otros mamíferos, tras inyección sales telurio en humanos, reducción y metilación forman Te⁰ y (CH₃)₂Te eliminado por respiración, orina, sudor.

Conclusiones

Compuestos dos clases: seleniuros y telururos metales transición (Ta, Nb) sintetizados con composiciones TaSe₃, Nb₂Se₃, TaTe₄, NbTe₄ mediante técnica estándar estado sólido. Evidencia cristalográfica y morfológica indicó cristalización seleniuros monoclínicos y telururos tetragonales sugiriendo tendencia aglomeración partículas nano. Tamaño cristalito promedio estimado (~10–22 nm) y d-espaciados (0.31 nm) plano (111) y (0.34 nm) plano (002) DRX concordaron HR-TEM. Presencia todos elementos constituyentes (Ta, Nb, Se, Te, O) en muestras respectivas consistente proporciones atómicas relativas confirmada EDS. Picos transmitancia y absorción FTIR y Raman NPs indicaron presencia unidades estructurales Nb-O/Te-O, TaO₆, NbO₄, Se-O/Ta₂O₅, Se-O/Nb-O. Propiedades ópticas revelaron ambos grupos semiconductores banda prohibida ancha (3.82–3.99 eV) mientras NbTe₄ y TaSe₃ exhiben buen potencial catalítico vs TaTe₄ y Nb₂Se₃ por ligeras diferencias estructurales. Además, eficacia antibacteriana sustancial clústeres telururo contra (G+) Staphylococcus aureus y (G-) Escherichia coli sugirió telururos metales transición prometedores gestores bactericidas vs seleniuros. Investigación anclaje molecular cristales NbTe₄ mostró puntuación unión notable y mecanismo interacción en sitio activo proteínas blanco sugiriendo inhibidor potencial FabH y FabI para ulteriores estudios inhibición.

Disponibilidad Datos y Materiales

Todos los datos disponibles sin restricción.

Abreviaturas

Eg:

Energía banda prohibida

EDS:

Espectroscopía rayos X dispersiva energía

MEBE:

Microscopio electrónico barrido emisión campo

FTIR:

Espectroscopía infrarroja transformada Fourier

(G +):

Gram positivo

(G -):

Gram negativo

HR-TEM:

Microscopio electrónico transmisión alta resolución

JCPDS:

Comité conjunto estándares difracción polvo

MB:

Azul metileno

nm:

Nanómetro

Nb:

Niobio

FL:

Fotoluminiscencia

UV-Vis:

Espectroscopía ultravioleta-visible

Ta:

Tantalio

DRX:

Difracción rayos X